第14章磁場傳感器

1、第第14章章 磁場傳感器磁場傳感器14.1 應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁場傳感應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁場傳感器器14.2 采用磁阻元件的車用電子羅盤采用磁阻元件的車用電子羅盤14.3 陀螺儀陀螺儀14.4 小結(jié)小結(jié)14.1 應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁場傳感器場傳感器14. 1. 1地磁場傳感器的概述地磁場傳感器的概述 (1)MR元件。在地磁場傳感器上，最重要的部件是檢測磁場元件。在地磁場傳感器上，最重要的部件是檢測磁場的元件，作為小型的固體檢測元件有的元件，作為小型的固體檢測元件有MR元件、霍爾元件等，元件、霍爾元件等，這些固體檢測元件用直流電源就可以驅(qū)動，而且電路也

2、很簡這些固體檢測元件用直流電源就可以驅(qū)動，而且電路也很簡單。單。 MR元件的結(jié)構(gòu)與電路如元件的結(jié)構(gòu)與電路如圖圖14一一1所示，所示，MR元件是由制成有元件是由制成有磁阻薄膜圖案的玻璃基板、并粘接偏置永久磁鐵后，再裝好磁阻薄膜圖案的玻璃基板、并粘接偏置永久磁鐵后，再裝好電極，用樹脂模塑而成的。電極，用樹脂模塑而成的。 一個是磁阻圖案的等效電路為橋型，如一個是磁阻圖案的等效電路為橋型，如圖圖14一一1(b)所示所示;另另一個特點如一個特點如圖圖14一一1(c)所示，通過圖案的精心設(shè)計，保證所示，通過圖案的精心設(shè)計，保證對外部磁場而言，加上垂直方向的偏置磁場時，在對外部磁場而言，加上垂直方向的偏置磁

3、場時，在45方向方向上的靈敏度最強。上的靈敏度最強。下一頁返回14.1 應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁場傳感器場傳感器 通過檢測外部磁場與偏置磁場的合成磁場，可得到通過檢測外部磁場與偏置磁場的合成磁場，可得到圖圖14一一2所示的輸出特性，從圖可知，在磁場強度為零附近的弱磁場所示的輸出特性，從圖可知，在磁場強度為零附近的弱磁場處，對外部磁場來說，處，對外部磁場來說，MR元件具有線性輸出，而且還可以元件具有線性輸出，而且還可以判別極性為判別極性為S，還是為，還是為N。上一頁 下一頁返回14.1 應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁場傳感器場傳感器 (2)地磁場

4、傳感器。地磁場傳感器的結(jié)構(gòu)與輸出特性如地磁場傳感器。地磁場傳感器的結(jié)構(gòu)與輸出特性如圖圖14-3所示。它是由匯集磁通的磁透鏡所示。它是由匯集磁通的磁透鏡(導(dǎo)磁板導(dǎo)磁板)及在水平面及在水平面內(nèi)分別在內(nèi)分別在x、y方向上設(shè)置的檢測磁場用方向上設(shè)置的檢測磁場用MR元件構(gòu)成的。元件構(gòu)成的。上一頁 下一頁返回14.1 應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁場傳感器場傳感器14. 1. 2提高地磁場傳感器的靈敏度提高地磁場傳感器的靈敏度 (1)導(dǎo)磁板的最佳狀態(tài)。地球上，地磁場的水平分量允其量導(dǎo)磁板的最佳狀態(tài)。地球上，地磁場的水平分量允其量僅為僅為0.35Gs，這對檢測用，這對檢測用MR元件來說

5、就太弱了，因此，元件來說就太弱了，因此，需要用磁透鏡匯集地磁場的磁通。通常，磁透鏡上采用了兩需要用磁透鏡匯集地磁場的磁通。通常，磁透鏡上采用了兩個帶錐度的強磁性磁棒，將強磁性體的錐度直線相對，其間個帶錐度的強磁性磁棒，將強磁性體的錐度直線相對，其間放置磁場檢測元件。放置磁場檢測元件。 要想縮小磁場傳感器的體積，關(guān)鍵在于提高磁透鏡的效率。要想縮小磁場傳感器的體積，關(guān)鍵在于提高磁透鏡的效率。 最初時在最初時在MR元件上安裝了長度不同的導(dǎo)磁板，這時地磁場元件上安裝了長度不同的導(dǎo)磁板，這時地磁場傳感器的增益及偏移變化情況分別如傳感器的增益及偏移變化情況分別如圖圖14一一4、圖圖14一一5所所示，從圖示

6、，從圖14一一4中可知，地磁場傳感器的增益與導(dǎo)磁板的長中可知，地磁場傳感器的增益與導(dǎo)磁板的長度大致成正比。從圖度大致成正比。從圖14-5中可知，地磁場傳感器的偏置與中可知，地磁場傳感器的偏置與導(dǎo)磁板的長度沒有關(guān)系。導(dǎo)磁板的寬度與增益的關(guān)系如導(dǎo)磁板的長度沒有關(guān)系。導(dǎo)磁板的寬度與增益的關(guān)系如圖圖14一一6所示。導(dǎo)磁板的錐部頂端寬與增益的關(guān)系如所示。導(dǎo)磁板的錐部頂端寬與增益的關(guān)系如圖圖14一一7所所示。示。上一頁 下一頁返回14.1 應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁場傳感器場傳感器 (2)提高提高MR元件的靈敏度。將元件的靈敏度。將MR元件固定在南北方向上，元件固定在南北方向上，

7、改變驅(qū)動電壓改變驅(qū)動電壓(驅(qū)動電流驅(qū)動電流)時的輸出電壓如時的輸出電壓如圖圖14-8所示。驅(qū)所示。驅(qū)動電壓與輸出電壓成正比例關(guān)系，越是增大驅(qū)動電壓，偏置動電壓與輸出電壓成正比例關(guān)系，越是增大驅(qū)動電壓，偏置與增益就越高。當(dāng)然，希望增益要盡可能高。與增益就越高。當(dāng)然，希望增益要盡可能高。 提高提高MR元件靈敏度的結(jié)果如元件靈敏度的結(jié)果如圖圖14一一9所示，通過改變偏置所示，通過改變偏置永久磁鐵及去磁使得偏置磁場變得適當(dāng)永久磁鐵及去磁使得偏置磁場變得適當(dāng);通過圖案形成及粘接通過圖案形成及粘接偏置永久磁鐵等元件結(jié)構(gòu)的改進及制造工藝的改進，與最初偏置永久磁鐵等元件結(jié)構(gòu)的改進及制造工藝的改進，與最初相比，

8、靈敏度提高了相比，靈敏度提高了3倍以上。特別是去磁的效果最為顯著。倍以上。特別是去磁的效果最為顯著。 MR元件改進前后的特性對比如元件改進前后的特性對比如圖圖14一一10所示。所示。上一頁 下一頁返回14.1 應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁應(yīng)用磁阻元件與磁透鏡的地磁場傳感器場傳感器14. 1. 3地磁場傳感器的溫度特性地磁場傳感器的溫度特性 溫度變化時地磁場傳感器的輸出電壓變化情況如溫度變化時地磁場傳感器的輸出電壓變化情況如圖圖14一一11所示。與定電壓驅(qū)動相比，定電流驅(qū)動時的偏置變化所示。與定電壓驅(qū)動相比，定電流驅(qū)動時的偏置變化(方位圓方位圓中的變動中的變動)與增益的變化與增益的變化(方位圓半徑

9、的變化方位圓半徑的變化)都很小。這是都很小。這是因為溫度變化時強磁性薄膜的電阻發(fā)生了變化，溫度升高時，因為溫度變化時強磁性薄膜的電阻發(fā)生了變化，溫度升高時，因強磁性薄膜的溫度系數(shù)是正的，所以電阻增加。在采用定因強磁性薄膜的溫度系數(shù)是正的，所以電阻增加。在采用定電壓驅(qū)動時，通過薄膜圖案的電流變小，輸出電壓下降，所電壓驅(qū)動時，通過薄膜圖案的電流變小，輸出電壓下降，所以偏置與增益同時下降與此相比，采用定電流驅(qū)動時，即使以偏置與增益同時下降與此相比，采用定電流驅(qū)動時，即使電阻增加，但外加電壓升高而維持電流不變，所以輸出電壓電阻增加，但外加電壓升高而維持電流不變，所以輸出電壓不變，偏置與增益也保持不變，

10、實際上，雖說是定流源，并不變，偏置與增益也保持不變，實際上，雖說是定流源，并不可能維持完全一定的電流值，多少還有些變化，如圖不可能維持完全一定的電流值，多少還有些變化，如圖14一一11所示。溫度下降時，與此相反。所示。溫度下降時，與此相反。上一頁返回14.2 采用磁阻元件的車用電子羅盤采用磁阻元件的車用電子羅盤14. 2. 1電子羅盤的構(gòu)成及其原理電子羅盤的構(gòu)成及其原理 (1)電子羅盤的構(gòu)成。電子羅盤的方框圖如電子羅盤的構(gòu)成。電子羅盤的方框圖如圖圖14一一12所示。所示。不包括放大器、電源等電路部分的地磁場傳感器的原理如不包括放大器、電源等電路部分的地磁場傳感器的原理如圖圖14一一13所示。所

11、示。 (2)方位檢測原理。方位檢測原理。 (3)方位測量中的誤差。方位測量中的誤差。下一頁返回14.2 采用磁阻元件的車用電子羅盤采用磁阻元件的車用電子羅盤14. 2. 2地磁場傳感器模塊的溫度補償?shù)卮艌鰝鞲衅髂K的溫度補償 地磁場傳感器模塊的輸出隨溫度的變化情況如地磁場傳感器模塊的輸出隨溫度的變化情況如圖圖14一一14所所示。其輸出電壓的變化是電源、放大電路及示。其輸出電壓的變化是電源、放大電路及MR元件與溫度元件與溫度關(guān)系的綜合因素所造成的。但是，關(guān)系的綜合因素所造成的。但是，MR元件與溫度的關(guān)系起元件與溫度的關(guān)系起主要作用這是因為磁阻薄膜圖案的電阻的溫度變化是主要原主要作用這是因為磁阻薄

12、膜圖案的電阻的溫度變化是主要原因。一般來說，強磁性材料的溫度系數(shù)為正，溫度升高時，因。一般來說，強磁性材料的溫度系數(shù)為正，溫度升高時，電阻增加。因此，在驅(qū)動電壓一定的條件下，溫度升高時，電阻增加。因此，在驅(qū)動電壓一定的條件下，溫度升高時，如圖如圖14一一14所示那樣，增益所示那樣，增益(方位圓的半徑方位圓的半徑)與偏置與偏置(方位原方位原點的位置點的位置)都減小。溫度下降時，與此相反，增益與偏置都增都減小。溫度下降時，與此相反，增益與偏置都增大。大。 MR元件與溫度的關(guān)系如元件與溫度的關(guān)系如圖圖14一一15所示。所示。上一頁 下一頁返回14.2 采用磁阻元件的車用電子羅盤采用磁阻元件的車用電子

13、羅盤14. 2. 3車輛的磁化及其補償車輛的磁化及其補償 (1)磁化的機理。電子羅盤的作用是檢測地磁場并求出方位，磁化的機理。電子羅盤的作用是檢測地磁場并求出方位，但因地磁場傳感器會受到周圍磁場環(huán)境強烈的影響，所以在但因地磁場傳感器會受到周圍磁場環(huán)境強烈的影響，所以在地磁場之外的干擾磁場的影響下，方位測量會出現(xiàn)誤差。地磁場之外的干擾磁場的影響下，方位測量會出現(xiàn)誤差。 方位測量誤差的原因分析結(jié)果如方位測量誤差的原因分析結(jié)果如圖圖14一一16所示。所示。 為調(diào)查電氣設(shè)備、建筑物，移動物等的影響，測量車輛行車為調(diào)查電氣設(shè)備、建筑物，移動物等的影響，測量車輛行車過程中前進方向的磁場，所得結(jié)果如過程中前

14、進方向的磁場，所得結(jié)果如圖圖14一一17所示。市區(qū)所示。市區(qū)街道行車時，從前進方向測量，變化范圍也是如此。但是，街道行車時，從前進方向測量，變化范圍也是如此。但是，在橋梁、入口、對面來車、道口等處受到其他干擾磁場影響在橋梁、入口、對面來車、道口等處受到其他干擾磁場影響時，情況則不一樣，將干擾磁場加以匯總，結(jié)果如時，情況則不一樣，將干擾磁場加以匯總，結(jié)果如圖圖14一一18所示。所示。 道口處的磁化結(jié)果如道口處的磁化結(jié)果如圖圖14一一19所示。由受干擾磁場影響，所示。由受干擾磁場影響，磁化強度的一個例子如磁化強度的一個例子如圖圖14一一20所示。所示。上一頁 下一頁返回14.2 采用磁阻元件的車用

15、電子羅盤采用磁阻元件的車用電子羅盤 (2)磁化補償。過去的磁化補償方法如磁化補償。過去的磁化補償方法如表表14一一1所示。所示。 根據(jù)車輛的現(xiàn)在方位與磁化后的地磁場傳感器輸出來推斷磁根據(jù)車輛的現(xiàn)在方位與磁化后的地磁場傳感器輸出來推斷磁化后方位原點的方法，其原理如化后方位原點的方法，其原理如圖圖14一一21所示。所示。上一頁 返回14.3 陀螺儀陀螺儀 汽車用導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)進入了實際應(yīng)用階段，許多高級小客車汽車用導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)進入了實際應(yīng)用階段，許多高級小客車已將其作為標(biāo)準(zhǔn)件裝用。已將其作為標(biāo)準(zhǔn)件裝用。 此系統(tǒng)上的方位傳感器主要采用的是地磁場傳感器，但這種此系統(tǒng)上的方位傳感器主要采用的是地磁場傳感器

16、，但這種傳感器容易受建筑物引起的對地磁場的干擾的影響，以及道傳感器容易受建筑物引起的對地磁場的干擾的影響，以及道口引起車身磁化的影響，因此，作為性能比較穩(wěn)定、精度比口引起車身磁化的影響，因此，作為性能比較穩(wěn)定、精度比較高的方位傳感器較高的方位傳感器壓電振動陀螺儀正在引起人們的注意。壓電振動陀螺儀正在引起人們的注意。 壓電振動陀螺儀大致可分為兩種，一種是以壓電振動陀螺儀大致可分為兩種，一種是以GE型為基型的音型為基型的音片型振動陀螺儀，另一種是以斯佩里型、瓦特生型為基型的片型振動陀螺儀，另一種是以斯佩里型、瓦特生型為基型的音叉型振動陀螺儀。音叉型振動陀螺儀。下一頁返回14.3 陀螺儀陀螺儀14.

17、 3.1壓電振動陀螺儀的基本原理壓電振動陀螺儀的基本原理 給振動著的物體加上旋轉(zhuǎn)角速度時，在與振動垂直的方向上給振動著的物體加上旋轉(zhuǎn)角速度時，在與振動垂直的方向上就會產(chǎn)生哥氏力，振動陀螺儀就是利用了這一力學(xué)現(xiàn)象。這就會產(chǎn)生哥氏力，振動陀螺儀就是利用了這一力學(xué)現(xiàn)象。這與著名的傅克擺基于同一原理。與著名的傅克擺基于同一原理。 具體來說，將壓電陶瓷鉆結(jié)在音片型或音叉型振子上，驅(qū)動具體來說，將壓電陶瓷鉆結(jié)在音片型或音叉型振子上，驅(qū)動振子振蕩振子振蕩(x軸軸)。將旋轉(zhuǎn)角速度馬加到振子的中心軸。將旋轉(zhuǎn)角速度馬加到振子的中心軸(z軸軸)上上時，與其振動時，與其振動(x軸軸)垂直的方向上垂直的方向上(y軸軸)

18、就會產(chǎn)生哥氏力，利就會產(chǎn)生哥氏力，利用鉆結(jié)在用鉆結(jié)在J軸上的壓電陶瓷就可以測出旋轉(zhuǎn)角速度，其基本原軸上的壓電陶瓷就可以測出旋轉(zhuǎn)角速度，其基本原理見理見圖圖14一一22所示所示. 能夠成為高性能振動陀螺儀的條件是能夠成為高性能振動陀螺儀的條件是:對旋轉(zhuǎn)角速度的靈敏度對旋轉(zhuǎn)角速度的靈敏度高，而且在不旋轉(zhuǎn)時測得的電壓應(yīng)為零，以下稱此為零電壓。高，而且在不旋轉(zhuǎn)時測得的電壓應(yīng)為零，以下稱此為零電壓。上一頁 下一頁返回14.3 陀螺儀陀螺儀14. 3. 2等邊三角形振子的概述等邊三角形振子的概述 對陀螺儀來說，人們考慮的是如何提高旋轉(zhuǎn)角速度的檢測電對陀螺儀來說，人們考慮的是如何提高旋轉(zhuǎn)角速度的檢測電壓，因

19、此都著眼于檢測部分的壓電陶瓷的安裝位置壓，因此都著眼于檢測部分的壓電陶瓷的安裝位置(角度角度) 現(xiàn)在已批量生產(chǎn)的音片型與音叉型振動式陀螺儀上，都是按現(xiàn)在已批量生產(chǎn)的音片型與音叉型振動式陀螺儀上，都是按照此基本原理，將激振用壓電陶瓷與檢測用壓電陶瓷成直角照此基本原理，將激振用壓電陶瓷與檢測用壓電陶瓷成直角配置。這樣作的目的是配置。這樣作的目的是:在檢測垂直于振動方向上所產(chǎn)生的哥在檢測垂直于振動方向上所產(chǎn)生的哥氏力的同時，竭力減小壓電陶瓷在檢測空載氏力的同時，竭力減小壓電陶瓷在檢測空載x軸上因振動所軸上因振動所產(chǎn)生的零電壓時的自身抵消作用。產(chǎn)生的零電壓時的自身抵消作用。 上一頁 下一頁返回14.3

20、 陀螺儀陀螺儀 在前面已經(jīng)講過，當(dāng)將旋轉(zhuǎn)加速度加到在前面已經(jīng)講過，當(dāng)將旋轉(zhuǎn)加速度加到:軸上時，在軸上時，在y軸方向軸方向上將產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)加速度成正比的哥氏力，將振子的振動模式上將產(chǎn)生與旋轉(zhuǎn)加速度成正比的哥氏力，將振子的振動模式看作是看作是x軸與軸與y軸的合成模式，就使人們覺得，從檢測壓電陶軸的合成模式，就使人們覺得，從檢測壓電陶瓷的安裝角度來看，壓電變換效率并不高。由此而提出了新瓷的安裝角度來看，壓電變換效率并不高。由此而提出了新的方案的方案:不是不是180 ，而是，而是60將如何，即激振用壓電陶將如何，即激振用壓電陶瓷與檢測用壓電陶瓷不是采用垂直配置，而是采用銳角配置，瓷與檢測用壓電陶瓷不是采

21、用垂直配置，而是采用銳角配置，針對這種提高檢測用壓電變換效率的嘗試，成功地設(shè)計出振針對這種提高檢測用壓電變換效率的嘗試，成功地設(shè)計出振子截面為等邊三角形的特殊音片型振動式陀螺儀，下面簡稱子截面為等邊三角形的特殊音片型振動式陀螺儀，下面簡稱等邊三角形音片型振子。等邊三角形音片型振子。上一頁 下一頁返回14.3 陀螺儀陀螺儀14. 3. 3等邊三角形音片型振子的制作等邊三角形音片型振子的制作 根據(jù)有限元法根據(jù)有限元法(FEM)模擬所得振動解析結(jié)果，與普通的音片模擬所得振動解析結(jié)果，與普通的音片型振子一樣，節(jié)點在型振子一樣，節(jié)點在0.225L位置處。位置處。 振子采用鎳鉻恒彈性合金材料，試驗尺寸為振

22、子采用鎳鉻恒彈性合金材料，試驗尺寸為:邊長邊長a=3.5mm;長度長度l=40.0mm所制成的等邊三角形音片型所制成的等邊三角形音片型振子的結(jié)果如下，共振頻率為振子的結(jié)果如下，共振頻率為7.85kHz，與計算值是一致，與計算值是一致的。的。 考慮到鉆結(jié)的壓電陶瓷為負溫度系數(shù)，所以對振子材料作退考慮到鉆結(jié)的壓電陶瓷為負溫度系數(shù)，所以對振子材料作退火處理，結(jié)果得到了良好的頻率溫度特性。等邊三角形音片火處理，結(jié)果得到了良好的頻率溫度特性。等邊三角形音片型振子的形狀如圖型振子的形狀如圖14一一23所示所示.上一頁 下一頁返回14.3 陀螺儀陀螺儀14. 3. 4共振頻率的調(diào)整共振頻率的調(diào)整 等邊三角形

23、音片型振子頻率的調(diào)整如圖等邊三角形音片型振子頻率的調(diào)整如圖14一一24所示，對棱所示，對棱邊部位即振動方向中心線上的高度進行加工，這樣既不會破邊部位即振動方向中心線上的高度進行加工，這樣既不會破壞振動狀況，幾乎也不會對其他兩邊的共振頻率產(chǎn)生影響。壞振動狀況，幾乎也不會對其他兩邊的共振頻率產(chǎn)生影響。振子為最佳形狀，各邊的諧振頻率可方便、準(zhǔn)確地調(diào)整。振子為最佳形狀，各邊的諧振頻率可方便、準(zhǔn)確地調(diào)整。上一頁 下一頁返回14.3 陀螺儀陀螺儀14. 3. 5壓電陶瓷的配置與電場分布壓電陶瓷的配置與電場分布 將將3片壓電陶瓷片壓電陶瓷(試驗尺寸試驗尺寸2mm x 5mm x 0.2mm)用環(huán)用環(huán)氧樹脂鉆

24、結(jié)劑粘在等邊三角形音片型振子的各邊中央處。氧樹脂鉆結(jié)劑粘在等邊三角形音片型振子的各邊中央處。3邊之中的邊之中的1邊作為激振用壓電陶瓷，其他兩邊作檢測用壓電邊作為激振用壓電陶瓷，其他兩邊作檢測用壓電陶瓷。對等邊三角形音片型振子的中央部位，截面的電場分陶瓷。對等邊三角形音片型振子的中央部位，截面的電場分布，利用有限要素法進行了布，利用有限要素法進行了FEM模擬。模擬。 不旋轉(zhuǎn)時的電場分布如圖不旋轉(zhuǎn)時的電場分布如圖14-25所示，加上旋轉(zhuǎn)角速度時所示，加上旋轉(zhuǎn)角速度時的合成模式的電場分布如圖的合成模式的電場分布如圖14-26所示，伸長方向用所示，伸長方向用+表示，表示，收縮方向用表示。收縮方向用表示

25、。上一頁 下一頁返回14.3 陀螺儀陀螺儀14. 3. 6零電壓的處理零電壓的處理 不采用零電壓這一參數(shù)，不用分割電極，而是利用左、右檢不采用零電壓這一參數(shù)，不用分割電極，而是利用左、右檢測電壓的電平反相位，采用差動電路處理波形，由此可以作測電壓的電平反相位，采用差動電路處理波形，由此可以作到到:表觀零電壓完全為表觀零電壓完全為“0”。此外，因為旋轉(zhuǎn)時的哥氏力輸。此外，因為旋轉(zhuǎn)時的哥氏力輸出與左右檢測電壓的增減方向的相位正好相反，所以差動電出與左右檢測電壓的增減方向的相位正好相反，所以差動電路的輸出為和差動，即可以得到較大的檢測電壓。路的輸出為和差動，即可以得到較大的檢測電壓。 不旋轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)時

26、的檢測電壓波形如圖不旋轉(zhuǎn)與旋轉(zhuǎn)時的檢測電壓波形如圖14一一27所示。所示。上一頁 下一頁返回14.3 陀螺儀陀螺儀14. 3. 7減小偏移的措施減小偏移的措施 若從偏移的觀點來看，粘接層，壓電陶瓷的壓電特性根本不若從偏移的觀點來看，粘接層，壓電陶瓷的壓電特性根本不穩(wěn)定，用二層結(jié)構(gòu)的話，無法減小偏移量。因此，靈活應(yīng)用穩(wěn)定，用二層結(jié)構(gòu)的話，無法減小偏移量。因此，靈活應(yīng)用等邊三角形形狀，將左右各一層的壓電陶瓷兼起驅(qū)動與檢測等邊三角形形狀，將左右各一層的壓電陶瓷兼起驅(qū)動與檢測作用，并采用了作用，并采用了W驅(qū)動與檢測電路，從而實現(xiàn)連地球自轉(zhuǎn)驅(qū)動與檢測電路，從而實現(xiàn)連地球自轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn)角速度旋轉(zhuǎn)角速度=0.

27、004rad/s)也可判別的高靈敏度與低偏也可判別的高靈敏度與低偏移。偏移特性見圖移。偏移特性見圖14一一28所示。所示。上一頁 下一頁返回14.3 陀螺儀陀螺儀14. 3. 8電路的構(gòu)成電路的構(gòu)成 等邊三角形音片型振動陀螺儀上，左右兩邊的壓電陶瓷為驅(qū)等邊三角形音片型振動陀螺儀上，左右兩邊的壓電陶瓷為驅(qū)動用，剩下一邊的壓電陶瓷為反饋用，以形成振蕩電路。左動用，剩下一邊的壓電陶瓷為反饋用，以形成振蕩電路。左右兩邊的壓電陶瓷還兼起檢測用，其輸出信號經(jīng)差動放大之右兩邊的壓電陶瓷還兼起檢測用，其輸出信號經(jīng)差動放大之后再經(jīng)同步檢波與直流放大。后再經(jīng)同步檢波與直流放大。 等邊三角形音片型振動陀螺儀的旋轉(zhuǎn)角

28、速度靈敏度等邊三角形音片型振動陀螺儀的旋轉(zhuǎn)角速度靈敏度(檢測電壓檢測電壓)很高，而且很高，而且S/N也高，其采用了獨特的驅(qū)動與檢測方式，與也高，其采用了獨特的驅(qū)動與檢測方式，與老式壓電振動陀螺儀的電路構(gòu)成相比，對電路的依賴程度比老式壓電振動陀螺儀的電路構(gòu)成相比，對電路的依賴程度比較低，振子結(jié)構(gòu)及電路的構(gòu)成都非常簡單。電路的構(gòu)成如圖較低，振子結(jié)構(gòu)及電路的構(gòu)成都非常簡單。電路的構(gòu)成如圖14一一29所示。所示。上一頁 下一頁返回14.3 陀螺儀陀螺儀14. 3. 9典型特性典型特性 對汽車導(dǎo)航用振動陀螺儀的主要特性要求是靈敏度、線性與對汽車導(dǎo)航用振動陀螺儀的主要特性要求是靈敏度、線性與耐振性。分析汽

29、車的行駛狀況可知，汽車用耐振性。分析汽車的行駛狀況可知，汽車用90%是在是在15rad/s之內(nèi)的微小旋轉(zhuǎn)角速度區(qū)內(nèi)直線行駛的，此外，發(fā)之內(nèi)的微小旋轉(zhuǎn)角速度區(qū)內(nèi)直線行駛的，此外，發(fā)動機的振動、路面引起的上下振動及前后、左右的橫動機的振動、路面引起的上下振動及前后、左右的橫等外等外部振動時刻都在影響車輛。在此微小的旋轉(zhuǎn)角速度區(qū)域里，部振動時刻都在影響車輛。在此微小的旋轉(zhuǎn)角速度區(qū)域里，靈敏度，線性的好壞以及外部振動是否引起干擾等性能都是靈敏度，線性的好壞以及外部振動是否引起干擾等性能都是左右導(dǎo)航性能的重要因素。左右導(dǎo)航性能的重要因素。上一頁 下一頁返回14.3 陀螺儀陀螺儀 在老式結(jié)構(gòu)的壓電振動陀螺

30、儀上，因為驅(qū)動邊和檢測邊是垂在老式結(jié)構(gòu)的壓電振動陀螺儀上，因為驅(qū)動邊和檢測邊是垂直配置的，所以不旋轉(zhuǎn)時和旋轉(zhuǎn)時的檢測邊的振動方向不同直配置的，所以不旋轉(zhuǎn)時和旋轉(zhuǎn)時的檢測邊的振動方向不同;在微小旋轉(zhuǎn)角速度區(qū)的檢測出現(xiàn)不連續(xù)性在微小旋轉(zhuǎn)角速度區(qū)的檢測出現(xiàn)不連續(xù)性(滯后滯后);從檢測邊的從檢測邊的支承結(jié)構(gòu)看，容易受外部振動的影響，從特性上也可以看出支承結(jié)構(gòu)看，容易受外部振動的影響，從特性上也可以看出振動狀況不同。振動狀況不同。 上一頁 下一頁返回14.3 陀螺儀陀螺儀 采用等邊三角形音片型振動陀螺儀時，因為驅(qū)動與檢測是兼采用等邊三角形音片型振動陀螺儀時，因為驅(qū)動與檢測是兼用結(jié)構(gòu)，所以不旋轉(zhuǎn)時與旋轉(zhuǎn)時

31、的振動方向不變，沒有滯后用結(jié)構(gòu)，所以不旋轉(zhuǎn)時與旋轉(zhuǎn)時的振動方向不變，沒有滯后現(xiàn)象出現(xiàn)，在微小旋轉(zhuǎn)角速度區(qū)就有很高的靈敏度和良好的現(xiàn)象出現(xiàn)，在微小旋轉(zhuǎn)角速度區(qū)就有很高的靈敏度和良好的線性特性，并且因采用的是兩點支承結(jié)構(gòu)、線性特性，并且因采用的是兩點支承結(jié)構(gòu)、W驅(qū)動，差動檢驅(qū)動，差動檢測方法，所以幾乎不會受到外部振動的影響，具有幾乎不會測方法，所以幾乎不會受到外部振動的影響，具有幾乎不會產(chǎn)生什么干擾的耐振性能。產(chǎn)生什么干擾的耐振性能。 這種陀螺儀的靈敏度，線性特性如這種陀螺儀的靈敏度，線性特性如圖圖14一一30所示，耐振特所示，耐振特性曲線性曲線(振動試驗振動試驗:1.0 g，z軸方向軸方向)如如

32、圖圖14一一31所示。所示。上一頁 返回14.4 小結(jié)小結(jié) 汽車用導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)部都包含有位置檢測系統(tǒng)，其功能就是根汽車用導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)部都包含有位置檢測系統(tǒng)，其功能就是根據(jù)傳感器的輸出信號檢測出本身車輛的位置。本車位置的檢據(jù)傳感器的輸出信號檢測出本身車輛的位置。本車位置的檢測方式大致可以分為自主導(dǎo)航與無線電波導(dǎo)航。前者可以采測方式大致可以分為自主導(dǎo)航與無線電波導(dǎo)航。前者可以采用的檢測方式有地磁場傳感法、左右車輪速度之差法、陀螺用的檢測方式有地磁場傳感法、左右車輪速度之差法、陀螺儀法等。后者可以利用人造衛(wèi)星、標(biāo)桿等設(shè)施。因各種方法儀法等。后者可以利用人造衛(wèi)星、標(biāo)桿等設(shè)施。因各種方法都有個別的難點，到目前為止，還不能說哪一種方式達到了都有個別的難點，到目前為止，還不能說哪一種方式達到了完美無缺的地步。完美無缺的地步。 地磁場傳感器受城市高速公路高架部分、橋梁、地下停車場地磁場傳感器受城市高速公路高架部分、橋梁、地下停車場等鋼鐵結(jié)構(gòu)件的影響，會干擾地磁場的